Comprendre les principes de l'informatique quantique

Une autre manière de traiter l'information

Un ordinateur classique manipule de l'information sous forme de bits. Chaque bit prend une valeur bien définie : 0 ou 1. Toutes les applications que nous utilisons, du navigateur web au supercalculateur, reposent finalement sur la manipulation de ces valeurs binaires.

L'informatique quantique change cette unité fondamentale. Elle utilise des qubits, des systèmes physiques gouvernés par les lois de la mécanique quantique. Un qubit peut correspondre à 0 ou à 1, mais aussi être placé dans une superposition, c'est-à-dire une combinaison quantique de ces deux états. Plusieurs qubits peuvent également être liés par des phénomènes comme l'intrication.

Ces propriétés ne signifient pas qu'un ordinateur quantique essaie simplement toutes les réponses en même temps. Les algorithmes doivent organiser les états des qubits et exploiter notamment les phénomènes de superposition, d'intrication et d'interférence pour favoriser l'obtention d'un résultat utile.

Pourquoi utiliser la physique quantique pour calculer ?

Certains problèmes deviennent extrêmement difficiles lorsque leur taille augmente. Simuler précisément le comportement de molécules ou de matériaux, par exemple, peut demander de représenter un très grand nombre d'états et d'interactions.

Or la nature elle-même obéit aux lois de la mécanique quantique. L'idée consiste donc à utiliser un système quantique contrôlé pour effectuer certains calculs qui correspondent mal au fonctionnement d'un ordinateur classique. C'est notamment cette capacité à représenter et manipuler des systèmes quantiques qui a motivé une partie importante du développement de cette nouvelle forme de calcul.

Cela ne signifie pas qu'un ordinateur quantique est systématiquement plus rapide. L'avantage dépend du problème, de l'algorithme utilisé et des capacités de la machine. Pour de très nombreuses tâches courantes, un ordinateur classique reste parfaitement adapté.

Classique et quantique sont complémentaires

L'objectif n'est donc pas de remplacer nos ordinateurs, smartphones ou serveurs par des machines quantiques. Les systèmes quantiques actuels fonctionnent déjà avec des ordinateurs classiques qui préparent les calculs, pilotent le processeur quantique et traitent les résultats obtenus.

A terme, le scénario privilégié est celui de systèmes hybrides, où CPU, GPU et QPU - Quantum Processing Unit - interviennent chacun pour les opérations auxquelles ils sont les mieux adaptés.